細胞膜動態の高分解能計測によるエンドサイトーシス超初期過程の分子基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 19K22506
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分48:生体の構造と機能およびその関連分野
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大場 雄介 北海道大学, 医学研究院, 教授 (30333503)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 細胞膜 / 高速分子間力顕微鏡 / 薄層遮光照明法 / 相関イメージング / correlative imaging / 高速原子間力顕微鏡 / 薄層 斜光照明法

研究開始時の研究の概要

細胞膜の形態と成分のダイナミックな変化は、細胞が周囲環境変化に応答した物質の取り込みやシグナル伝達を発動するために重要である。本研究では、(1) 高速原子間力顕微鏡による細胞膜微細構造の物理的高分解能計測と、(2) 薄層斜光照明法と蛍光異方性を用いた細胞膜形態の回折限界を超えた光学的計測 とを同時に行う。この世界でオンリーワンの高分解能計測法を用いたバイオイメージングにより、エンドサイトーシスを効率的に行うために予めプログラムされたドメインを解析し、細胞膜形態変化の分子基盤の解明および「細胞膜動態学の創出」を目指す。

研究成果の概要

本研究では、ライブセル高速原子間力顕微鏡と蛍光顕微鏡に組み合わせたハイブリッド顕微鏡による相関イメージングを用いて、クラスリン依存性エンドサイトーシスに伴う細胞膜と分子の動態観測と解析を行った。増殖因子依存性のエンドサイトーシスのピットは、細胞膜の限局した領域に出現すること、およびその形態は円形（球形）に限らず、楕円化したり分裂したりすることを見出した。またこの現象にSrcが関与することを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞内と細胞外環境を隔てる脂質二重膜であると同時に、細胞内外のコミュニケーションを司るインターフェースである細胞膜の3次元的なダイナミクスに関する知見はこれまで限られていた。本研究では、これまでの動態観察の分解能を10倍向上した高速AFMを用いることで、細胞と組織の活動や運命の決定に重要な細胞外からの刺激に応じた細胞膜の形態と成分の動的変化の解析を可能とし、かつその分子メカニズムの一端を明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Marine Biological Laboratory(米国)
• [雑誌論文] Calcium Wave Promotes Cell Extrusion (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Y、Narumi R、Akiyama R、Vitiello E、Shirai T、Tanimura N、Kuromiya K、Ishikawa S、Kajita M、Tada M、Haraoka Y、Akieda Y、 Ishitani T、Fujioka Y、Ohba Y、Yamada S、Hosokawa Y、Toyama Y、Matsui T、Fujita Y
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 30 号: 4 ページ: 670-681.e6
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.11.089
  • NAID: 120006960639
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Localization of BCR-ABL to Stress Granules Contributes to Its Oncogenic Function (2019)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Takeshi Kondo, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Hitoshi Sasajima, Maho Amano, Takanori Teshima, Yusuke Ohba
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 44 号: 2 ページ: 195-204
  • DOI: 10.1247/csf.19033
  • NAID: 130007775561
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Folding Latency of Fluorescent Proteins Affects the Mitochondrial Localization of Fusion Proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Prabha Nepal, Atsushi Tsuzuki, Ozora Aoki, Sarad Paudel, Hitoshi Sasajima, Yusuke Ohba
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 44 号: 2 ページ: 183-194
  • DOI: 10.1247/csf.19028
  • NAID: 130007775556
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of immortalized human tumor endothelial cells from renal cancer (2019)
  • 著者名/発表者名: Nako Maishi, Hiroshi Kikuchi, Masumi Sato, Hiroko Nagao-Kitamoto, Dorcas A. Annan, Shogo Baba, Takayuki Hojo, Misa Yanagiya, Yusuke Ohba, Genichiro Ishii, Kenkichi Masutomi, Nobuo Shinohara, Yasuhiro Hida, Kyoko Hida
  • 雑誌名: Int J Mol Sci 巻: 20 号: 18 ページ: 4595-4595
  • DOI: 10.3390/ijms20184595
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clinical efficacy and safety of first-line nilotinib therapy and evaluation of the clinical utility of the FRET-based drug sensitivity test. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kondo T, Fujioka M, Fujisawa S, Sato K, Tsuda M, Miyagishima T, Mori A, Iwasaki H, Kakinoki Y, Yamamoto S, Haseyama Y, Ando S, Shindo M, Ota S, Nishio M, Kurosawa M, Ohba Y, Teshima T, on behalf of the North Japan Hematology Study Group (NJHSG).
  • 雑誌名: International Journal of Hematology 巻: 110 号: 4 ページ: 482-489
  • DOI: 10.1007/s12185-019-02696-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ミトコンドリア－エンドソーム間相互作用によるエンドソーム成熟化促進機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤絢、藤岡容一朗、大場雄介
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] インフルエンザウイルスの宿主細胞における感染成立機構の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤岡容一朗,佐藤絢,吉田藍子,天野麻穂,皆川慶嘉,田端和仁,野地博行,大場雄介
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 蛍光タンパク質の成熟促進化はミトコンドリアマーカー本来の局在を阻害する (2020)
  • 著者名/発表者名: 柏木 彩花、藤岡 容一朗、佐藤 絢、吉田 藍子、藤岡 真理、Nepal Prabha、続木 惇、 青木 大空、Paudel Sarad、笹島 仁、大場 雄介
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] Live-cell imaging and analysis of the plasma membrane dynamics during clathrin-mediated endocytosis by high-speed atomic force microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshida A、N . Sakai、N . Takahashi、S . H . Yoshimura、 Y . Ohba
  • 学会等名: ASCB|EMBO 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Functional Analysis of Mitochondria-endosome Interaction in the Regulation of Endocytosis (2019)
  • 著者名/発表者名: A. O. Satoh、Y .Fujioka、H. Sasajima、S . Paudel、A . Nanbo、Y . Ohba
  • 学会等名: ASCB|EMBO 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Irs4 Mediates Egf-dependentUpregulation of Endocytosis through the Recruitment of Ras-pi3k Complex to the Endosome. (2019)
  • 著者名/発表者名: M . Amano、Y. Fujioka、A . O . Satoh、K. Horiuchi、A . Yoshida、H. Sasajima、C . Obuse、 Y. Ohba
  • 学会等名: ASCB|EMBO 2019
  • 国際学会
• [学会発表] インフルエンザウイルス粒子の細胞取り込み機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤岡 容一朗、佐藤 絢、吉田 藍子、笹島 仁、Sarad Paudel、皆川 慶嘉、田端 和仁、野地 博行、大場 雄介
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] IRS4はRas ‐ PI3K複合体のエンドソーム局在化を介して依存性エンドサイトーシスを制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 天野 麻穂、藤岡 容一朗、佐藤 絢、堀内 浩水、吉田 藍子、笹島 仁、小布施 力史、大場 雄介
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Probing in vivo dynamics of plasma membrane during clathrin-mediated endocytosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Aiko Yoshida、Nobuaki Sakai、Naoki Takahashi、Shige H. Yoshimura、Yusuke Ohba
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 電位依存性Ca2+チャネルはシアル酸化依存的にA型インフルエンザヘマグルチニンと結合し宿主細胞へのウイルス粒子の取り込みを制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 大場雄介
  • 学会等名: 第92回日本生化学会学会
  • 招待講演
• [学会発表] クラスリン依存性エンドサイトーシスに伴う細胞膜動態のライブセル可視化解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田藍子、大場雄介
  • 学会等名: 第92回日本生化学会学会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜動態のcorrelative imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: 大場雄介
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 高速原子間力顕微鏡によるエンドサイトーシスに伴う細胞膜の形状変化の ライブセルイメージング (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田 藍子、酒井 信明、 高橋 直希、吉村 成弘、 大場 雄介
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会
• [学会発表] ミトコンドリアポアタンパク質を介したミトコンドリア _ エンドソーム間 相互作用によるエンドサイトーシス制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 絢、藤岡 容一朗、笹島 仁、 南保 明日香、大場 雄介
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会
• [学会発表] 蛍光タンパク質の成熟促進化はオルガネラマーカー本来の局在を阻害する (2019)
  • 著者名/発表者名: 柏木 彩花、藤岡 容一朗、 笹島 仁、大場 雄介
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会
• [学会発表] Ras-PI3Kシグナルによるエンドサイトーシスの制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大場雄介
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会